CN113187632B - 天然气发动机及其进气系统、进气系统防结冰装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了天然气发动机及其进气系统、进气系统防结冰装置与方法，该防结冰装置包括设置于进气冷却器的第一放水电磁阀及设置于EGR冷却器的第二放水电磁阀，发动机进气系统防结冰装置的控制装置在发动机运行工况满足预设条件时控制第一放水电磁阀和/或第二放水电磁阀开启或关闭；在应用时，控制装置根据上述发动机运行工况判断进气冷却器或者EGR冷却器是否存在结冰的风险，若存在结冰风险，则打开第一放水电磁阀和/或第二放水电磁阀，将冷凝水排出，避免冷凝水结冰，从而有效防止发动机因进气冷却器或EGR冷却器中的冷凝水在极寒天气下结冰引起的发动机动力不足、踩油门无响应、爆震等问题，提高发动机在极寒条件下的可靠性。

Description

天然气发动机及其进气系统、进气系统防结冰装置与方法

技术领域

本发明涉及发动机进气技术领域，特别涉及天然气发动机及其进气系统、进气系统防结冰装置与方法。

背景技术

天然气发动机采用的燃料为LNG和CNG，其主要成分为甲烷(CH4)，燃烧后会产生大量水分，在极寒条件下，如零下15℃以下，当发动机在低负荷下运行一段时间后，发动机机体较冷，发动机尾气经过EGR冷却器后水蒸气会冷凝成水，在发动机熄火或者低负荷运行时后会结冰堵塞EGR冷却器，导致EGR流量不足引起发动机爆震等问题；同时国六天然气发动机采用闭式循环，曲轴箱废气通过油气分离器出来的气体不能排到空气中，需要经过管路引到进气增压装置前和空气一起增压后进入发动机，在温度低的时候同样存在进气中的水蒸气在进气冷却器中冷凝结冰的问题，造成发动机动力不足甚至熄火，严重影响客户使用。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种发动机进气系统防结冰装置，以防止低温条件下EGR冷却器以及进气冷却器中的冷凝水结冰，提高天然气发动机在低温条件下的可靠性。

本发明的第二个目的在于提供一种基于上述发动机进气系统防结冰装置的发动机进气系统、天然气发动机以及发动机进气系统防结冰方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种发动机进气系统防结冰装置，用于防止进气冷却器以及EGR冷却器内的冷凝水结冰，包括设置于所述进气冷却器的第一放水电磁阀以及设置于所述EGR冷却器的第二放水电磁阀，所述发动机进气系统防结冰装置的控制装置在发动机运行工况满足预设条件时控制所述第一放水电磁阀和/或所述第二放水电磁阀开启或关闭。

一种发动机进气系统，包括空气系统以及EGR系统，所述空气系统具有用于对压缩空气进行冷却的进气冷却器，所述EGR系统具有用于对EGR气体进行冷却的EGR冷却器，还包括如上所述的发动机进气系统防结冰装置。

优选地，所述发动机进气系统还包括混合器，所述空气系统的出口以及所述EGR系统的出口分别与所述混合器的进口连接，所述混合器的出口与发动机的进气口连接。

优选地，所述空气系统还包括增压装置以及节气门，所述增压装置设置于所述进气冷却器的上游，所述节气门设置于所述进气冷却器的下游，所述节气门的出口与所述混合器的进口连接。

优选地，还包括闭式循环系统，所述闭式循环系统包括油气分离器，所述油气分离器的进口与发动机的曲轴箱排气口连接，所述油气分离器的气体出口与所述空气系统连接于所述增压装置的上游。

优选地，还包括燃气系统，所述燃气系统包括燃气喷射装置，所述燃气喷射装置的出口与所述混合器的进口连接。

一种天然气发动机，包括如上任意一项所述的发动机进气系统。

一种基于上述发动机进气系统防结冰装置的发动机进气系统防结冰方法，包括步骤：

1)获取发动机运行工况信息，所述发动机运行工况信息包括发动机转速值、车速、环境温度、进气流量值、进气压力值、怠速状态、点火开关状态、OverRun状态以及EGR阀开度；

2)比较实时发动机转速值与预设发动机转速值以及实时进气流量值与预设进气流量值，若发动机实时发动机转速值小于等于预设发动机转速值且实时进气流量值小于等于预设进气流量值，则进入步骤3)，若发动机实时发动机转速值大于预设发动机转速值或实时进气流量值大于预设进气流量值，则返回所述步骤1)；

3)累积发动机实时发动机转速值小于等于预设发动机转速值且实时进气流量值小于等于预设进气流量值的持续时间，若持续时间大于等于预设时间，则进入步骤4)，若持续时间小于预设时间，则返回所述步骤1)；

4)比较实时环境温度与预设环境温度，若实时环境温度小于等于预设环境温度，则进入步骤5)，若实时环境温度大于预设环境温度，则停止执行发动机进气系统防结冰方法；

5)判断发动机是否处于怠速状态或者实时进气压力值是否小于等于预设进气压力值，若发动机处于怠速状态或者实时进气压力值小于等于预设进气压力值，则打开第一放水电磁阀并进入步骤7)，若发动机不处于怠速状态且实时进气压力值大于预设进气压力值，则进入步骤6)；

6)判断EGR阀开度是否小于等于预设开度，若EGR阀开度小于等于预设开度，则打开第二放水电磁阀并进入步骤7)；若EGR阀开度大于预设开度，则关闭第一放水电磁阀以及第二放水电磁阀并进入步骤7)；

7)判断OverRun状态是否置位，若是，则打开第一放水电磁阀以及第二放水电磁阀，若否，则进入步骤8)；

8)判断点火开关是否复位，若是，则打开第一放水电磁阀以及第二放水电磁阀，若否，则关闭第一放水电磁阀以及第二放水电磁阀。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于防止进气冷却器以及EGR冷却器内的冷凝水结冰的发动机进气系统防结冰装置，该发动机进气系统防结冰装置包括设置于进气冷却器的第一放水电磁阀以及设置于EGR冷却器的第二放水电磁阀，发动机进气系统防结冰装置的控制装置在发动机运行工况满足预设条件时控制第一放水电磁阀和/或第二放水电磁阀开启或关闭，上述发动机运行工况包括但不限于发动机转速值、环境温度、进气流量值、进气压力值、怠速状态、点火开关状态、OverRun状态以及EGR阀开度；在应用时，控制装置根据上述发动机运行工况判断进气冷却器或者EGR冷却器是否存在结冰的风险，若存在结冰风险，则打开第一放水电磁阀和/或第二放水电磁阀，将冷凝水排出，避免冷凝水结冰，从而有效防止发动机因进气冷却器或EGR冷却器中的冷凝水在极寒天气下结冰引起的发动机动力不足、踩油门无响应、爆震等问题，提高发动机在极寒条件下的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的发动机进气系统防结冰装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的发动机进气系统防结冰方法的流程图。

图中：

1为进气冷却器；2为第一放水电磁阀；3为EGR冷却器；4为第二放水电磁阀；5为混合器；6为增压装置；7为节气门；8为EGR阀；9为燃气喷射装置；10为油气分离器。

具体实施方式

本发明的核心之一在于提供一种发动机进气系统防结冰装置，该发动机进气系统防结冰装置的结构设计使其能够达到防止低温条件下EGR冷却器以及进气冷却器中的冷凝水结冰，提高天然气发动机在低温条件下的可靠性的目的。

本发明的另一核心在于提供一种基于上述发动机进气系统防结冰装置的发动机进气系统、天然气发动机以及发动机进气系统防结冰方法。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的发动机进气系统防结冰装置的结构示意图。

本发明实施例提供的一种发动机进气系统防结冰装置，用于防止进气冷却器1以及EGR冷却器3内的冷凝水结冰，该发动机进气系统防结冰装置包括设置于进气冷却器1的第一放水电磁阀2以及设置于EGR冷却器3的第二放水电磁阀4，发动机进气系统防结冰装置的控制装置在发动机运行工况满足预设条件时控制第一放水电磁阀2和/或第二放水电磁阀4开启或关闭，上述发动机运行工况包括但不限于发动机转速值、环境温度、进气流量值、进气压力值、怠速状态、点火开关状态、OverRun状态以及EGR阀开度，点火开关状态即为T15状态，OverRun状态为油门踏板开度为0时发动机转速高于怠速设定值的状态。

与现有技术相比，本发明实施例提供的发动机进气系统防结冰装置在应用时，控制装置根据上述发动机运行工况判断进气冷却器1或者EGR冷却器3是否存在结冰的风险，若存在结冰风险，则打开第一放水电磁阀2和/或第二放水电磁阀4，将冷凝水排出，避免冷凝水结冰，从而有效防止发动机因进气冷却器1或EGR冷却器3中的冷凝水在极寒天气下结冰引起的发动机动力不足、踩油门无响应、爆震等问题，提高发动机在极寒条件下的可靠性。

本发明实施例还提供了一种发动机进气系统，该发动机进气系统包括空气系统、EGR系统以及如上述实施例所述的发动机进气系统防结冰装置，空气系统具有用于对压缩空气进行冷却的进气冷却器1，EGR系统具有用于对EGR气体进行冷却的EGR冷却器3，发动机进气系统防结冰装置的第一放水电磁阀2设置于进气冷却器1，发动机进气系统防结冰装置的第二放水电磁阀4设置于EGR冷却器3，可以理解的是，在设置第一放水电磁阀2以及第二放水电磁阀4的同时，还需要在进气冷却器1以及EGR冷却器3上设置排水通道，第一放水电磁阀2连接于进气冷却器1的排水通道，第二放水电磁阀4连接于EGR冷却器3的排水通道，由于该发动机进气系统采用了上述发动机进气系统防结冰装置，则发动机进气系统技术效果请参考上述实施例。

作为优选地，如图1所示，发动机进气系统还包括混合器5，空气系统的出口以及EGR系统的出口分别与混合器5的进口连接，混合器5的出口与发动机的进气口连接，空气、EGR气体以及燃气在混合器5中混合后再进入发动机。

进一步地，如图1所示，在本发明实施例中，空气系统还包括增压装置6以及节气门7，增压装置6设置于进气冷却器1的上游，增压装置6用于对空气进行压缩，进气冷却器1用于对压缩后的空气进行冷却，节气门7设置于进气冷却器1的下游，节气门7的出口与混合器5的进口连接。

作为优选地，上述发动机进气系统还包括闭式循环系统，闭式循环系统包括油气分离器10，油气分离器10的进口与发动机的曲轴箱排气口连接，油气分离器10的气体出口与空气系统连接于增压装置6的上游。

作为优选地，上述发动机进气系统还包括燃气系统，燃气系统包括燃气喷射装置9，燃气喷射装置9的出口与混合器5的进口连接。

本发明实施例还提供了一种天然气发动机，该天然气发动机包括如上任意一项的发动机进气系统，由于该天然气发动机采用了上述发动机进气系统，则天然气发动机的技术效果请参考上述实施例。

基于上述发动机进气系统防结冰装置，本发明实施例还提供了一种发动机进气系统防结冰方法，该方法包括步骤：

S01：获取发动机运行工况信息，发动机运行工况信息包括发动机转速值、车速、环境温度、进气流量值、进气压力值、怠速状态、点火开关状态、OverRun状态以及EGR阀开度；

S02：比较实时发动机转速值与预设发动机转速值以及实时进气流量值与预设进气流量值，若发动机实时发动机转速值小于等于预设发动机转速值且实时进气流量值小于等于预设进气流量值，则进入步骤S03，若发动机实时发动机转速值大于预设发动机转速值或实时进气流量值大于预设进气流量值，则返回步骤S01；

在步骤S02中，预设发动机转速值以及预设进气流量值是根据环境温度查预设曲线图获得，不同的环境温度下对应的预设发动机转速值以及预设进气流量值不同；

S03：累积发动机实时发动机转速值小于等于预设发动机转速值且实时进气流量值小于等于预设进气流量值的持续时间，若持续时间大于等于预设时间，则进入步骤S04，若持续时间小于预设时间，则返回步骤S01；

在步骤S03中，预设时间是根据环境温度和车速查预设MAP表获得，因为环境温度和车速影响水蒸气的冷凝速度，不同的环境温度和车速下预设时间不同。

S04：比较实时环境温度与预设环境温度，若实时环境温度小于等于预设环境温度，则进入步骤S05，若实时环境温度大于预设环境温度，则停止执行发动机进气系统防结冰方法；

在步骤S04中，预设环境温度根据实际试验情况标定合适值。

S05：判断发动机是否处于怠速状态或者实时进气压力值是否小于等于预设进气压力值，若发动机处于怠速状态或者实时进气压力值小于等于预设进气压力值，则打开第一放水电磁阀2并进入步骤S07，若发动机不处于怠速状态且实时进气压力值大于预设进气压力值，则进入步骤S06；

在步骤S05中，预设进气压力值根据实际试验情况标定合适值，当发动机在怠速或者进气压力比较低时，此时无需增压器进行增压，所以可以在此时开启第一放水电磁阀2进行放水，不影响发动机进气压力。

S06：判断EGR阀开度是否小于等于预设开度，若EGR阀开度小于等于预设开度，则打开第二放水电磁阀4并进入步骤S07；若EGR阀开度大于预设开度，则关闭第一放水电磁阀2以及第二放水电磁阀4并进入步骤S07；

在步骤S06中，预设开度根据实际试验情况标定合适值，当EGR阀开度小于等于预设开度时，如EGR阀8关闭，开度等于0时，此时发动机不需要排气通过EGR系统再进入发动机，所以可以在此时开启EGR冷却器3的放水电磁阀进行放水。

S07：判断OverRun状态是否置位，若是，则打开第一放水电磁阀2以及第二放水电磁阀4，若否，则进入步骤S08；

S08：判断点火开关是否复位，若是，则打开第一放水电磁阀2以及第二放水电磁阀4，若否，则关闭第一放水电磁阀2以及第二放水电磁阀4。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种发动机进气系统防结冰方法，用于具有发动机进气系统防结冰装置的发动机进气系统，所述发动机进气系统包括空气系统以及EGR系统，所述空气系统具有用于对压缩空气进行冷却的进气冷却器，所述EGR系统具有用于对EGR气体进行冷却的EGR冷却器，所述发动机进气系统防结冰装置包括设置于所述进气冷却器的第一放水电磁阀以及设置于所述EGR冷却器的第二放水电磁阀，所述发动机进气系统防结冰装置的控制装置在发动机运行工况满足预设条件时控制所述第一放水电磁阀和/或所述第二放水电磁阀开启或关闭，其特征在于，所述发动机进气系统防结冰方法包括步骤：

1)获取发动机运行工况信息，所述发动机运行工况信息包括发动机转速值、车速、环境温度、进气流量值、进气压力值、怠速状态、点火开关状态、OverRun状态以及EGR阀开度；

2)比较实时发动机转速值与预设发动机转速值以及实时进气流量值与预设进气流量值，若发动机实时发动机转速值小于等于预设发动机转速值且实时进气流量值小于等于预设进气流量值，则进入步骤3)，若发动机实时发动机转速值大于预设发动机转速值或实时进气流量值大于预设进气流量值，则返回所述步骤1)；

3)累积发动机实时发动机转速值小于等于预设发动机转速值且实时进气流量值小于等于预设进气流量值的持续时间，若持续时间大于等于预设时间，则进入步骤4)，若持续时间小于预设时间，则返回所述步骤1)；

4)比较实时环境温度与预设环境温度，若实时环境温度小于等于预设环境温度，则进入步骤5)，若实时环境温度大于预设环境温度，则停止执行发动机进气系统防结冰方法；

5)判断发动机是否处于怠速状态或者实时进气压力值是否小于等于预设进气压力值，若发动机处于怠速状态或者实时进气压力值小于等于预设进气压力值，则打开第一放水电磁阀并进入步骤7)，若发动机不处于怠速状态且实时进气压力值大于预设进气压力值，则进入步骤6)；

6)判断EGR阀开度是否小于等于预设开度，若EGR阀开度小于等于预设开度，则打开第二放水电磁阀并进入步骤7)；若EGR阀开度大于预设开度，则关闭第一放水电磁阀以及第二放水电磁阀并进入步骤7)；

7)判断OverRun状态是否置位，若是，则打开第一放水电磁阀以及第二放水电磁阀，若否，则进入步骤8)；

8)判断点火开关是否复位，若是，则打开第一放水电磁阀以及第二放水电磁阀，若否，则关闭第一放水电磁阀以及第二放水电磁阀。

2.根据权利要求1所述的发动机进气系统防结冰方法，其特征在于，所述发动机进气系统还包括混合器，所述空气系统的出口以及所述EGR系统的出口分别与所述混合器的进口连接，所述混合器的出口与发动机的进气口连接。

3.根据权利要求2所述的发动机进气系统防结冰方法，其特征在于，所述空气系统还包括增压装置以及节气门，所述增压装置设置于所述进气冷却器的上游，所述节气门设置于所述进气冷却器的下游，所述节气门的出口与所述混合器的进口连接。

4.根据权利要求3所述的发动机进气系统防结冰方法，其特征在于，所述发动机进气系统还包括闭式循环系统，所述闭式循环系统包括油气分离器，所述油气分离器的进口与发动机的曲轴箱排气口连接，所述油气分离器的气体出口与所述空气系统连接于所述增压装置的上游。

5.根据权利要求2-4任意一项所述的发动机进气系统防结冰方法，其特征在于，所述发动机进气系统还包括燃气系统，所述燃气系统包括燃气喷射装置，所述燃气喷射装置的出口与所述混合器的进口连接。

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